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Title: Preparação e caracterização elétrica de filmes ultrafinos de polianilina/poli (vinil sulfato de sódio) PANI/PVS.
Authors: Santos, Mirela de Castro
metadata.dc.contributor.advisor: Bianchi, Rodrigo Fernando
Keywords: Condutividade elétrica
Interfaces
Polímeros
Análise e seleção de materiais
Issue Date: 2009
Citation: SANTOS, M. de C. Preparação e caracterização elétrica de filmes ultrafinos de polianilina/poli (vinil sulfato de sódio) PANI/PVS. 2009. 106 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2009.
Abstract: Nas últimas décadas, os polímeros conjugados têm recebido grande atenção devido, principalmente, às aplicações desses materiais na área de eletrônica. Dentre os polímeros mais investigados, a polianilina (PANI) aparece como candidato potencial do ponto de vista tecnológico, tendo em vista seu baixo custo e sua capacidade de se comportar ora como isolante ou semicondutor ora como metal, dependendo do grau e do tipo de dopagem a que foi submetida. Muitos autores têm explorado as propriedades semicondutores intrínsecas da PANI em diodos, sensores e transistores nos quais os mecanismos de injeção de carga entre o eletrodo e o polímero e o transporte dos portadores de carga através do volume polimérico são importantes parâmetros na determinação do desempenho dos seus dispositivos. Entretanto, a física relacionada a esses mecanismos ainda não é totalmente compreendida e há muitas controvérsias sobre o tema na literatura. Em geral, a caracterização elétrica da PANI tem sido realizada em amostras processadas na forma de filmes espessos produzidos por casting ou por filmes finos produzidos por métodos eletroquímicos, nos quais a condutividade elétrica pode ser facilmente modificada através de processos de dopagem ou desdopagem. Poucos trabalhos, entretanto, têm investigado a condutividade de filmes de PANI processados via técnica de automontagem layer-by-layer (Lbl) (camada por camada), onde soluções aquosas de PANI são alternadas com solução aquosa de um polieletrólito aniônico formando filmes com camadas em escala nanométrica. Nesse trabalho, foi investigado as condutividade elétricas dc e ac com filmes contendo camadas alternadas de PANI e do polieletrólito aniônico - poli(vinil sulfato de sódio) (PVS), depositados sobre microeletrodos interdigitados de NiCr recoberto com Au (NiCr/Au). Foi observada uma significativa mudança na condutividade dc quando a espessura dos filmes tornou-se equivalente à espessura da camada do eletrodo de NiCr. Esse efeito foi atribuído à alta resistência elétrica interfacial entre NiCr e o filme polimérico quando comparada à resistência da interface Au-filme e do volume do polímero. A condutividade alternada do polímero obtida foi típica de materiais sólidos desordenados, com influência da impedância do eletrodo de NiCr e da constante dielétrica do polímero. Um modelo baseado na aproximação fenomenológica de Cole-Cole e outro no de barreiras de energias livres aleatórias foram apresentados para explicar o comportamento da condutividade ac do sistema, que englobam as propriedades desordenadas dos filmes Lbl e os efeitos de interface NiCr-PANI-PVS. Os modelos permitiram estimar a espessura (1 nm) e a condutividade da camada interfacial NiCr-PANI/PVS (1,3 x 10-6 S/m) e a constante dielétrica (~ 104) do filme de PANI/PVS. A presença de uma distribuição de tempos de relaxação também foi inferida, bem como a energia máxima de saltos dos portadores de cargas (~ 35 meV) e que a condutividade do volume (9,6 x 10-4 S/m) é maior que a condutividade total (6,9x 10-4 S/m) do sistema Lbl.
metadata.dc.description.abstracten: Conjugated polymers have received considerable attention in the past decades because of their promise for applications in the area of electronics. Among the most important materials, polyaniline (PANI) appears as a potential candidate from the technological standpoint on account of its inexpensiveness and the ability to behave either as insulator or semiconductor or as metal, depending on the degree and type of doping used. Many authors have explored the intrinsic semiconducting properties of PANI in diodes, sensors and transistors, in which the mechanisms of charge injection from an electrode into the polymer and the carrier transport through the polymer bulk play important roles in the devices’ performance. However, the physics related to these mechanisms is not understood in any real detail. In general, the electrical characterization of PANI has been carried in samples processed in the form of thick films produced by casting or thin films produced by electrochemical methods, in which the electrical conductivity can be easily modified upon doping/dedoping process. A few papers, however, have addressed the conductivity of PANI films processed via the layer-by-layer technique, in which water-soluble polyaniline is alternated with a water-soluble anionic polyelectrolyte to form nanoscale-sized layered films. In this study we investigated the electrical dc and ac conductivities of films containing alternated layers of PANI and the anionic polyelectrolyte - poly(vinyl sulfonic acid) (PVS), deposited on interdigitated NiCr recovered wit Au (NiCr/Au) line arrays. We observed a significant change in the dc conductivity when the thickness of the films was the same of the NiCr layer. This effect was attributed to the higher interfacial electrical resistance between NiCr and the polymer film, compared to the resistance of the Au-film interface and polymer bulk. The alternating conductivity of the polymer was typical of solid disordered materials, under the influence of the NiCr electrode and the polymer dielectric constant. One model based on the Cole-Cole phenomenological approach and other based on random free energy barrier model are presented for the ac conductivity of the polymer system, which encompasses the disordered properties of Lbl films and the NiCr-PANI/PVS interfacial effects. The models allowed a rough estimation of the thickness (1 nm) and the conductivity of the NiCr-PANI/PVS interfacial layer (1.3 x 10-6 S/m) and dielectric constant (~ 104) of PANI/PVS film. The presence of a broad spectrum of relaxation times in the PANI/PVS system was also inferred from the model, as well as the activation energy of the maximum barrier for carrier hopping (~ 35 meV). Finally, it was obtained that the bulk conductivity (9.6 x 10-4 S/m) is higher than the total conductivity (6.9 x 10-4 S/m) of the Lbl system.
Description: Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais. Rede Temática em Engenharia de Materiais, Pró-Reitoria de Pesquisa e Pós-Graduação, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/4153
metadata.dc.rights.license: A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Autorizo a UFOP – Universidade Federal de Ouro Preto – a disponibilizar gratuitamente, sem ressarcimento dos direitos autorais, o texto integral da publicação supracitada, de minha autoria, em meio eletrônico, na BDTD – Biblioteca Digital de Teses e Dissertações, no formato especificado, para fins de leitura, impressão e/ou download pela Internet, a título de divulgação da produção científica gerada pela Universidade a partir desta data.
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